ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ. ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ. И ОБОРУДОВАНИЯ

Метода экструзии

Экструзия - формование изделий путем выдавливания материала через матрицу с отверстиями. Материал предварительно обрабатывают в смесителе, где при интенсивном перемешивании увлажняют и перево­дят в пластичное состояние. Затем пластифицированную массу загру­жают в экструдер, в котором смесь уплотняется и под давлением про­давливается через матрицы цилиндрической или иной формы.

Для экструзии материала необходима жидкая фаза, являющаяся смазкой и обеспечивающая как относительное перемещение частиц при их уплотнении, так и появление сил поверхностного натяжения. В про­цессе перемешивания материалов в экструдере происходит явление сорбции жидкого связующего твердыми частицами с образованием сплошной пленки. При уплотнении пленки связующего сливаются во­круг отдельных зерен, образуя в местах контакта частиц жидкостные «мостики». В этом случае действует растягивающее усилие поверхност­ного натяжения, а внутри «мостика» возникает капиллярное разрежение (точками приложения капиллярного давления служат края вогнутых ме­нисков). Указанные силы стремятся сблизить частицы и удержать их в таком состоянии.

С уменьшением размера частиц подготовленная порошковая масса уплотняется лучше и прочность образующихся гранул растет. Необхо­димо стремиться к минимально возможной влажности исходных компо­нентов, так как переувлажнение приводит к образованию мягких и легко рассыпающихся гранул.

Введение связующих увеличивает силы сцепления внутри гранулы и облегчает ее формование.

Для тонкодисперсного материала (при прочих равных условиях) сила адгезии, приходящаяся на единицу поперечного сечения гранул, больше и, следовательно, их прочность возрастает. Процесс сушки по­зволяет улучшить физико-механические характеристики гранул.

В зависимости от способа формования гранул (жгутов) различают шнековые и роторные экструдеры. На рис. 16.4 представлена схема гра­нулятора ФШ 015 КОГ. При работе материал поступает в загрузочную зону экструдера, захватывается роторами запитывающего устройства 4 и подается в межвитковое пространство шнека. С помощью шнека 3 и протирочной головки 6 материал экструдируется через фильерную ре­шетку 5. Получаемые жгуты под действием собственного веса обламы­ваются и падают на движущуюся ленту транспортера.

Одним из недостатков экструдеров является их низкая производи­тельность. К числу достоинств относится только им присущая возмож­ность реализации таких процессов гранулирования, в которых задаются особо жесткие требования к гранулам по геометрии, размерам и прочно­сти. В частности, гранулы такой формы, как трубчатая и кольцевая, можно получить только экструзией.

Другим вариантом конструкции экструдеров являются перфориро­ванные вальцы. Вальцы состоят из двух пустотелых валков, вращаю­щихся навстречу друг другу. Чтобы избежать деформации шихты под давлением, стенки валков делают достаточно толстыми.

Между валками (один из них перфорирован) подается влажная пластифицированная шихта (рис. 16.5).

В каналы валка выдавливается материал, который затем срезается ножом. Для легко прессующихся материалов оба валка можно изготов­лять перфорированными.

В результате формования на перфорированных вальцах получают цилиндрические гранулы заданного диаметра и длины, характеризую­щиеся повышенной прочностью по сравнению со сферообразными гра­нулами.

Степень уплотнения образующихся гранул определяется сопро­тивлением, возникающим при их формовании через отверстия. Степень уплотнения пропорциональна отношению длины канала матрицы к диа­метру канала. При малых диаметрах каналов это отношение может быть настолько велико, что сопротивление прохождению шихты через канал превысит допустимые пределы и формование экструзией станет невоз­можным.

Производительность перфорированных вальцов при грануляции зависит от частоты вращения валков, их живого сечения и размеров фор­мующих отверстий. При одном и том же сечении, но меньших диамет­рах формующих отверстий производительность вальцов снижается.

В промышленности исследован горизонтальный винтовой экстру­дер с цилиндрическим корпусом (рис. 16.6). В винтовом экструдере происходит подача шихты из загрузочной воронки в корпус, продвиже­ние ее к предматричной зоне и выдавливание гранул через формующие отверстия матрицы. В соответствии с этим, лопасти, которые восприни­мают непосредственно осевое удельное давление, являются выжимны­ми, а работающие в зоне удельного давления распора - нагнетательны­ми. Роль выжимных витков сводится к выдавливанию массы в сторону перфорированной решетки. Нагнетательные витки подают пластифици­рованную шихту к выжимным виткам экструдера под удельным давле­нием распора.

Экструдеры со сплошными винтами из листовой стали использу­ют, как правило, при влажности шихты не более 14... 17 %. Для перера­ботки пластифицированных шихт влажностью более 17... 18 % исполь­зуют винты с ленточными витками из полосовой стали.

Недостатками метода экструзии являются сравнительно сложное оборудование, значительная энергоемкость процесса, необходимость ввода в шихту большого количества воды и пластификаторов, повышен­ный износ матриц и подвижных деталей экструдеров при переработке материалов с абразивными свойствами.